KR20220033733A - Engine system including divided exhaust system - Google Patents

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KR20220033733A
KR20220033733A KR1020200115959A KR20200115959A KR20220033733A KR 20220033733 A KR20220033733 A KR 20220033733A KR 1020200115959 A KR1020200115959 A KR 1020200115959A KR 20200115959 A KR20200115959 A KR 20200115959A KR 20220033733 A KR20220033733 A KR 20220033733A
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exhaust system
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KR1020200115959A
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박종일
강현진
오희창
손유상
홍승우
이종혁
이관희
김재헌
한동희
박영섭
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

Disclosed is an engine system including a separate exhaust system. The engine system including the separate exhaust system according to an embodiment of the present invention may comprise the separate exhaust system including: an engine including a plurality of combustion chambers for generating a power by combustion of a fuel; an intake passage through which an intake air supplied to the combustion chamber flows; a separate exhaust system including a plurality of exhaust passages so that an exhaust gas discharged from the combustion chamber is discharged with a predetermined time difference; and an electric turbocharger comprising a turbine provided in one of the exhaust passages among the plurality of exhaust passages, a compressor provided in the intake passage and rotating in conjunction with the compressor, and an electric motor assisting a rotary force of the compressor. An objective of the present invention is to provide the engine system including the separate exhaust system capable of widening a regenerative power generation area of the electric turbocharger.

Description

분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템 {ENGINE SYSTEM INCLUDING DIVIDED EXHAUST SYSTEM}Engine system with separate exhaust system {ENGINE SYSTEM INCLUDING DIVIDED EXHAUST SYSTEM}

본 발명은 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동식 터보차저의 회생 제동량을 확대할 수 있는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an engine system including a separate exhaust system, and more particularly, to an engine system including a separate exhaust system capable of increasing the amount of regenerative braking of an electric turbocharger.

엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해, 엔진의 연소 효율을 높이기 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저 (turbocharger)가 사용되고 있다.In the process of generating power by driving the engine, the desired output and combustion efficiency can be obtained only when sufficient external air is supplied for combustion. To this end, a turbocharger is used as a device for supercharging combustion air in order to increase the combustion efficiency of the engine.

일반적으로 터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 돌린 후, 터빈과 연동하여 회전하는 컴프레서의 회전력을 이용하여 연소실로 고압의 공기를 공급하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다. In general, a turbocharger is a device for increasing the output of an engine by supplying high-pressure air to a combustion chamber using the rotational force of a compressor rotating in conjunction with the turbine after rotating a turbine using the pressure of exhaust gas discharged from the engine.

터보차저는 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있다. The turbocharger is applied to most diesel engines, and recently it is also applied to gasoline engines.

종래의 터보차저는 배기 가스에 의해 작동하기 때문에, 응답성이 떨어지는 문제가 발생하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래 터보차저의 컴프레서의 회전력을 보조하기 위한 모터를 구비한 전동식 터보차저가 개발되고 있다. Since the conventional turbocharger operates by exhaust gas, a problem of poor responsiveness has occurred. In order to solve this problem, an electric turbocharger having a motor for assisting the rotational force of a compressor of a conventional turbocharger has been developed.

전동식 터보차저의 모터가 사용되는 운전 영역은 제한적이기 때문에, 모터를 사용하지 않는 운전 영역에서는 모터를 통해 배기 에너지를 회생 발전할 필요가 있다. Since the operation area in which the motor of the electric turbocharger is used is limited, in the operation area in which the motor is not used, it is necessary to regenerate exhaust energy through the motor.

그러나 전동식 터보차저에 구비되는 모터를 통해 회생 발전을 하는 경우, 터빈 상류(또는 전단)의 압력이 높아지게 된다. 따라서, 펌핑 손실(pumping loss)이 증가하고 점화 시기를 지각시켜야 하기 때문에 연소 효율이 저하되는 문제가 발생한다.However, when regenerative power is generated through the motor provided in the electric turbocharger, the pressure of the upstream (or front end) of the turbine is increased. Accordingly, there is a problem in that the combustion efficiency is lowered because the pumping loss increases and the ignition timing must be delayed.

즉, 전동식 터보차저의 모터를 통해 발전되는 회생 에너지가 펌핑 손실과 연소 효율 저하보다 큰 경우가 매우 드물기 때문에 전동식 터보차저를 통한 회생 발전을 어렵게 한다.That is, it is very rare that the regenerative energy generated by the motor of the electric turbocharger is greater than the pumping loss and the reduction in combustion efficiency, making it difficult to generate regenerative power through the electric turbocharger.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.Matters described in this background section are prepared to promote understanding of the background of the invention, and may include matters not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전동식 터보 차저의 회생 발전 영역을 넓힐 수 있는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an engine system including a separate exhaust system capable of expanding a regenerative power generation area of an electric turbocharger.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템은 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 복수의 연소실을 포함하는 엔진; 상기 연소실로 공급되는 흡기가 흐르는 흡기 유로; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 일정 시간 시차를 두고 배출되도록 복수의 배기 유로를 포함하는 분리된 배기계; 상기 복수의 배기 유로 중 어느 하나의 배기 유로에 구비되는 터빈, 상기 흡기 유로에 구비되고 상기 컴프레서와 연동하여 회전하는 컴프레서, 상기 컴프레서의 회전력을 보조하는 전동 모터를 포함하는 전동식 터보차저;를 포함하는 분리된 배기계를 포함할 수 있다.An engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes an engine including a plurality of combustion chambers for generating power by combustion of fuel; an intake passage through which intake air supplied to the combustion chamber flows; a separate exhaust system including a plurality of exhaust passages so that the exhaust gas discharged from the combustion chamber is discharged with a predetermined time difference; A turbine provided in any one of the exhaust passages among the plurality of exhaust passages, a compressor provided in the intake passage and rotating in conjunction with the compressor, and an electric turbocharger including an electric motor assisting the rotational force of the compressor; A separate exhaust system may be included.

상기 분리된 배기계는 상기 연소실에 구비되는 한 쌍의 배기 밸브 중 어느 하나의 배기 밸브와 연결되는 블로우 다운 유로; 상기 블로우 다운 유로에 설치되는 블로우 다운 밸브; 상기 연소실에 구비되는 한 쌍의 배기 밸브 중 다른 하나의 배기 밸브와 연결되는 스캐빈징 유로; 상기 스캐빈징 유로에 설치되는 스캐빈징 밸브;를 포함할 수 있다.The separated exhaust system may include: a blow-down passage connected to one of a pair of exhaust valves provided in the combustion chamber; a blow-down valve installed in the blow-down flow path; a scavenging flow path connected to the other exhaust valve among a pair of exhaust valves provided in the combustion chamber; and a scavenging valve installed in the scavenging flow path.

상기 블로우 다운 밸브의 개폐 시기는 상기 스캐빈징 밸브의 개폐 시기보다 빠를 수 있다.An opening/closing timing of the blow-down valve may be earlier than an opening/closing timing of the scavenging valve.

본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템은 상기 블로우 다운 유로에서 분기하여 상기 흡기 유로로 합류하는 재순환 유로, 상기 재순환 유로에 설치되는 재순환 쿨러, 및 상기 재순환 유로에 설치되는 재순환 밸브를 포함하는 배기 가스 재순환 장치;를 더 포함할 수 있다.In an engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention, a recirculation passage branching from the blowdown passage and joining the intake passage, a recirculation cooler installed in the recirculation passage, and a recirculation valve installed in the recirculation passage It may further include; an exhaust gas recirculation device comprising a.

상기 재순환 유로는 상기 블로우 다운 유로에 설치되는 상기 블로우 다운 밸브의 하류에서 분기할 수 있다.The recirculation passage may branch downstream of the blow-down valve installed in the blow-down passage.

상기 전동 모터는 중속 중부하 영역에서 발전기로 동작하여 배기 가스에 의해 회전하는 상기 터빈의 회전력을 전기 에너지로 생성할 수 있다.The electric motor may operate as a generator in a medium-speed and heavy-load region to generate a rotational force of the turbine rotated by exhaust gas as electrical energy.

상기 전동식 터보차저의 상기 터빈은 상기 블로우 다운 밸브 하류의 상기 블로우 다운 유로에 설치될 수 있다.The turbine of the electric turbocharger may be installed in the blowdown flow path downstream of the blowdown valve.

상기 블로우 다운 유로와 상기 스캐빈징 유로는 메인 배기 유로로 합류하고, 상기 메인 배기 유로에는 촉매 컨버터가 구비될 수 있다.The blow-down flow path and the scavenging flow path may merge into a main exhaust flow path, and a catalytic converter may be provided in the main exhaust flow path.

본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템은 상기 터빈 상류의 상기 블로우 다운 유로에서 분기하여 상기 터빈 하류의 상기 메인 배기 유로로 합류하는 바이패스 유로; 및 상기 바이패스 유로에 구비되는 바이패스 밸브;를 더 포함할 수 있다.An engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention includes: a bypass passage branching from the blowdown passage upstream of the turbine and joining into the main exhaust passage downstream of the turbine; and a bypass valve provided in the bypass passage.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템에 의하면, 분리된 배기계에 전동식 터보차저를 구비함으로써, 넓은 운전 영역에서 전동식 터보차저의 전동 모터를 통해 회생 발전을 수행할 수 있다.According to the engine system including the separated exhaust system according to the embodiment of the present invention as described above, by providing the electric turbocharger in the separated exhaust system, regenerative power generation is performed through the electric motor of the electric turbocharger in a wide operating area. can

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템의 전동식 터보차저에 의한 회생 발전을 설명하기 위한 PV 선도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템의 운전 영역을 도시한 그래프이다.
These drawings are for reference in describing an exemplary embodiment of the present invention, and the technical spirit of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of an engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention.
2 is a PV diagram for explaining regenerative power generation by an electric turbocharger of an engine system including a separated exhaust system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating an operating region of an engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to the bar shown in the drawings, and the thickness is enlarged to clearly express various parts and regions. it was

본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles; SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함하며, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그 인 하이브리드 전기 차량, 수소연료 차량 및 다른 대체 연료(예를 들어, 석유 외의 자원으로부터 얻어지는 연료) 차량을 포함한다.As used herein, "vehicle", "car", "vehicle", "automobile" or other similar terms refers to sports utility vehicles (SUVs), buses, trucks, passenger vehicles, including various commercial vehicles, and various types of vehicles. including automobiles, including boats and ships, aircraft and the like of fuel) including vehicles.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the configuration of an engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템은 엔진(10), 분리된 배기계(30), 전동식 터보차저(60), 및 배기 가스 재순환 장치(70)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1 , an engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention includes an engine 10 , a separate exhaust system 30 , an electric turbocharger 60 , and an exhaust gas recirculation device 70 . ) may be included.

엔진의 연료의 연소에 의해 차량의 주행에 필요한 동력을 발생시키는 복수의 연소실(11)을 포함하고, 엔진으로 공급되는 흡기가 흐르는 흡기 유로(20)가 흡기 매니폴드(22)를 통해 연결될 수 있다. 흡기 매니폴드(22)에는 스로틀 밸브(24)가 구비되어, 스로틀 밸브(24)의 개도량에 의해 흡기 매니폴드로 공급되는 흡기의 유량이 조절될 수 있다.It includes a plurality of combustion chambers 11 that generate power required for driving of the vehicle by combustion of fuel in the engine, and the intake air passage 20 through which intake air supplied to the engine flows may be connected through the intake manifold 22 . . The intake manifold 22 is provided with a throttle valve 24 , so that the flow rate of intake air supplied to the intake manifold can be adjusted by the opening amount of the throttle valve 24 .

연소실(11)에는 한 쌍의 흡기 밸브(13)가 구비되고, 흡기 밸브(13)의 개폐에 의해 흡기 매니폴드(22)를 통해 유입되는 흡기는 연소실(11)로 유입되거나 차단될 수 있다. A pair of intake valves 13 are provided in the combustion chamber 11 , and intake air introduced through the intake manifold 22 by opening and closing the intake valve 13 may be introduced into or blocked from the combustion chamber 11 .

연소실(11)에는 한 쌍의 배기 밸브(15)가 구비되고, 배기 밸브(15)의 개폐에 의해 분리된 배기계(30)를 통해 배출되는 배기 가스는 배출되거나 차단될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 한 쌍의 배기 밸브(15)는 제1 배기 밸브(15)와 제2 배기 밸브(15)를 포함할 수 있다.A pair of exhaust valves 15 are provided in the combustion chamber 11 , and exhaust gas discharged through the exhaust system 30 separated by opening and closing of the exhaust valve 15 may be discharged or blocked. In an embodiment of the present invention, the pair of exhaust valves 15 may include a first exhaust valve 15 and a second exhaust valve 15 .

분리된 배기계(30)는 한 쌍의 배기 밸브(15) 중 제1 배기 밸브(15)와 연결되는 블로우 다운 배기 매니폴드(40), 및 제2 배기 밸브(15)와 연결되는 스캐빈징 배기 매니폴드(50)를 포함할 수 있다. The separated exhaust system 30 includes a blowdown exhaust manifold 40 connected to the first exhaust valve 15 of the pair of exhaust valves 15 , and a scavenging exhaust connected to the second exhaust valve 15 . A manifold 50 may be included.

블로우 다운 배기 매니폴드(40)는 블로우 다운 배기 유로(41)와 연결(또는, 연통)되고, 블로우 다운 배기 매니폴드(40) 또는 블로우 다운 배기 유로(41)에는 블로우 다운 밸브(43)가 구비될 수 있다. The blowdown exhaust manifold 40 is connected (or communicated with) the blowdown exhaust flow path 41 , and the blowdown exhaust manifold 40 or the blowdown exhaust flow path 41 is provided with a blowdown valve 43 . can be

스캐빈징 배기 매니폴드(50)는 스캐빈징 배기 유로(51)와 연결(또는, 연통)되고, 스캐빈징 배기 유로(51)에는 스캐빈징 밸브(53)가 구비될 수 있다. The scavenging exhaust manifold 50 may be connected (or communicated with) the scavenging exhaust flow path 51 , and a scavenging valve 53 may be provided in the scavenging exhaust flow path 51 .

블로우 다운 배기 유로(41)와 스캐빈징 배기 유로(51)는 메인 배기 유로(31)로 합류하고, 메인 배기 유로(31)에는 촉매 컨버터(33)가 구비될 수 있다. 촉매 컨버터(33)는 WCC(Warming-up catalytic converter) 및 차량의 바닥에 있는 UCC(Under-Floor Catalytic Converter) 촉매를 포함할 수 있다. The blow-down exhaust flow path 41 and the scavenging exhaust flow path 51 join into the main exhaust flow path 31 , and the catalytic converter 33 may be provided in the main exhaust flow path 31 . The catalytic converter 33 may include a warming-up catalytic converter (WCC) and an under-floor catalytic converter (UCC) catalyst at the bottom of the vehicle.

블로우 다운 밸브(43)와 스캐빈징 밸브(53)는 일정 시간 시차를 두고 개폐될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 블로우 다운 밸브(43)가 스캐빈징 밸브(53)보다 먼저 개방되고 먼저 닫히고, 스캐빈징 밸브(53)는 블로우 다운 밸브(43)보다 늦게 개방되고 늦게 닫힐 수 있다.The blow-down valve 43 and the scavenging valve 53 may be opened and closed with a predetermined time difference. In an embodiment of the present invention, the blow-down valve 43 may open and close earlier than the scavenging valve 53 , and the scavenging valve 53 may open and close later than the blow-down valve 43 .

전동식 터보차저(60)는 블로우 배기 유로에 구비되는 터빈(61), 흡기 유로(20)에 구비되고 터빈(61)과 연동하여 회전하는 컴프레서(63), 및 컴프레서(63)의 회전력을 보조하는 전동 모터(65)를 포함할 수 있다. 컴프레서(63)는 흡기 유로(20)를 흐르는 흡기를 압축하여, 연소실(11)로 공급할 수 있다. The electric turbocharger 60 is provided in the turbine 61 provided in the blow exhaust passage, the compressor 63 provided in the intake passage 20 and rotated in conjunction with the turbine 61, and the compressor 63 assisting the rotational force It may include an electric motor 65 . The compressor 63 may compress the intake air flowing through the intake air passage 20 and supply it to the combustion chamber 11 .

전동 모터(65)는 선택적으로 발전기로 동작하여 터빈(61)의 회전력을 전기 에너지로 생성하여 배터리에 저장할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 전동 모터(65)는 엔진의 운전 영역이 중속 중부하 영역일 때, 발전기로 동작하여 터빈(61)의 회전력을 전기 에너지를 생성할 수 있다.The electric motor 65 may selectively operate as a generator to generate the rotational force of the turbine 61 as electrical energy and store it in a battery. In an embodiment of the present invention, the electric motor 65 may operate as a generator to generate electrical energy using the rotational force of the turbine 61 when the engine operation region is a medium-speed and heavy-load region.

컴프레서(63) 하류의 흡기 유로(20)에는 인터쿨러(26)가 구비되고, 컴프레서(63)에 의해 압축된 고온 고압의 압축된 공기는 인터쿨러(26)에 의해 냉각되어 엔진의 연소실(11)로 공급될 수 있다.An intercooler 26 is provided in the intake flow path 20 downstream of the compressor 63, and the high-temperature and high-pressure compressed air compressed by the compressor 63 is cooled by the intercooler 26 to the combustion chamber 11 of the engine. can be supplied.

배기 가스 재순환 장치(70)(EGR apparatus: exhaust gas recirculation apparatus)는 엔진의 연소실(11)에서 배출되는 배기 가스의 일부를 연소실(11)로 재공급하여 흡기에 포함된 산소량을 줄이고 연소를 방해하여 질소 산화물의 발생을 억제한다. 이를 위해 배기 가스 재순환 장치(70)는 재순환 유로(71), 재순환 밸브(73), 및 재순환 쿨러(75)를 포함할 수 있다.The exhaust gas recirculation apparatus 70 (EGR apparatus: exhaust gas recirculation apparatus) re-supply a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 11 of the engine to the combustion chamber 11 to reduce the amount of oxygen contained in the intake air and prevent combustion. Suppresses the generation of nitrogen oxides. To this end, the exhaust gas recirculation device 70 may include a recirculation passage 71 , a recirculation valve 73 , and a recirculation cooler 75 .

재순환 유로(71)는 블로우 다운 밸브(43) 하류의 블로우 다운 유로에서 분기하고 흡기 유로(20)로 합류할 수 있다. 재순환 유로(71)에는 재순환 가스량을 조절하는 재순환 밸브(73)가 구비될 수 있다. 그리고 재순환 유로(71)에는 재순환 쿨러(75)가 구비되어 재순환되는 배기 가스를 냉각시킬 수 있다. The recirculation flow path 71 may branch from the blowdown flow path downstream of the blowdown valve 43 and merge into the intake flow path 20 . A recirculation valve 73 for controlling the amount of recirculation gas may be provided in the recirculation passage 71 . In addition, a recirculation cooler 75 may be provided in the recirculation passage 71 to cool the recirculated exhaust gas.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템은 터빈 상류의 블로우 다운 유로에서 분기하고 터빈 하류의 메인 배기 유로로 합류하는 바이패스 유로, 및 바이패스 유로에 구비되는 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다. 바이패스 밸브를 통해 전동식 터보차저의 터빈으로 공급되는 배기 가스량을 조절할 수 있다. On the other hand, in the engine system including the separated exhaust system according to the embodiment of the present invention, a bypass flow path that branches from a blowdown flow path upstream of a turbine and merges into a main exhaust flow path downstream of a turbine, and a bypass valve provided in the bypass flow path may further include. The amount of exhaust gas supplied to the turbine of the electric turbocharger can be controlled through the bypass valve.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템의 동작에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, the operation of the engine system including the separated exhaust system according to the embodiment of the present invention as described above will be described.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템의 운전 영역을 도시한 그래프이다. 3 is a graph illustrating an operating region of an engine system including a separate exhaust system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 고부하 영역에서는 높은 엔진 출력이 요구되기 때문에, 전동식 터보차저(60)를 통해 큰 부스트 압력을 생성시켜야 한다. 즉, 엔진의 연소실(11)에 배출되는 배기 가스에 의한 배기 에너지는 모두 터빈(61)으로 공급되고 컴프레서(63)를 통해 부스트 압력을 생성해야 한다. 필요에 따라서는, 전동 모터(65)를 통해 컴프레서(63)의 회전력을 보조해야 하기 때문에, 전동식 터보차저(60)의 전동 모터(65)를 통한 회생 발전은 이루어지지 않는다. Referring to FIG. 3 , since high engine output is required in a high load region, a large boost pressure must be generated through the electric turbocharger 60 . That is, all of the exhaust energy by the exhaust gas discharged to the combustion chamber 11 of the engine is supplied to the turbine 61 and a boost pressure must be generated through the compressor 63 . If necessary, since the rotational force of the compressor 63 must be assisted through the electric motor 65 , regenerative power generation through the electric motor 65 of the electric turbocharger 60 is not performed.

중속 중부하 영역에서 전동식 터보차저(60)에 의한 회생 발전이 이루진다. 즉, 전동식 터보차저(60)의 전동 모터(65)에 의해 터빈(61)의 회전력을 전기 에너지로 변환되는 경우, 블로우 다운 밸브(43)가 개방되는 영역에서는 터빈(61) 전단(또는, 상류)의 배압이 상승된다. 그러나 스캐빈징 밸브(53)가 개방되면 터빈(61) 후단(또는, 하류)의 배압이 줄어들면서, 터빈(61) 전단의 배압 또한 줄어들게 된다. 즉, 전체적은 배기계의 배압이 줄어들게 되고 펌핑 손실이 감소한다. Regenerative power generation is achieved by the electric turbocharger 60 in the medium speed and heavy load region. That is, when the rotational force of the turbine 61 is converted into electrical energy by the electric motor 65 of the electric turbocharger 60 , in the region where the blow-down valve 43 is opened, the front end of the turbine 61 (or upstream ) increases the back pressure. However, when the scavenging valve 53 is opened, the back pressure of the rear end (or downstream) of the turbine 61 is reduced, and the back pressure of the front end of the turbine 61 is also reduced. That is, the overall exhaust system back pressure is reduced and the pumping loss is reduced.

따라서, 전동식 터보차저(60)의 전동 모터(65)를 통해 터빈(61)의 회전력을 회생 발전하더라도, 펌핑 손실이 최소화되고, 점화 시기를 지각시킬 필요가 없기 때문에 전동식 터보차저(60)의 전동 모터(65)를 통해 회생 발전을 수행할 수 있다. Therefore, even if the rotational force of the turbine 61 is regeneratively generated through the electric motor 65 of the electric turbocharger 60, the pumping loss is minimized and there is no need to delay the ignition timing. Regenerative power generation may be performed through the motor 65 .

중속 중부하 영역에서는, 목표 부스트 압력이 상대적으로 높지 않고, 부스트 압력 대비 배기압이 높은 펌핑 손실이 발생할 수 있다. 그러나 스캐빈징 밸브(53)의 개방에 의해 터빈(61) 후단의 배압이 감소함으로써, 전동식 터보차저(60)의 전동 모터(65)에 의한 회생 발전이 가능하다.In the medium speed and heavy load region, a pumping loss may occur in which the target boost pressure is not relatively high and the exhaust pressure is high compared to the boost pressure. However, since the back pressure of the rear end of the turbine 61 is reduced by the opening of the scavenging valve 53 , regenerative power generation by the electric motor 65 of the electric turbocharger 60 is possible.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings, and this also It goes without saying that it falls within the scope of the invention.

10: 엔진
11: 연소실
13: 흡기 밸브
15: 배기 밸브
20: 흡기 유로
22: 흡기 매니폴드
30: 분리된 배기계
31: 메인 배기 유로
33: 촉매 컨버터
40: 블로우 다운 배기 매니폴드
41: 블로우 다운 배기 유로
43: 블로우 다운 밸브
50: 스캐빈징 배기 매니폴드
51: 스캐빈징 배기 유로
53: 스캐빈징 밸브
60: 전동식 터보차저
61: 터빈
63: 컴프레서
65: 전동 모터
70: 배기 가스 재순환 장치
71: 재순환 유로
73: 재순환 밸브
75: 재순환 쿨러
10: engine
11: combustion chamber
13: intake valve
15: exhaust valve
20: intake flow path
22: intake manifold
30: separated exhaust system
31: main exhaust flow path
33: catalytic converter
40: blow down exhaust manifold
41: blow-down exhaust flow path
43: blow down valve
50: scavenging exhaust manifold
51: scavenging exhaust flow path
53: scavenging valve
60: electric turbocharger
61: turbine
63: compressor
65: electric motor
70: exhaust gas recirculation device
71: recirculation flow path
73: recirculation valve
75: recirculation cooler

Claims (9)

연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 복수의 연소실을 포함하는 엔진;
상기 연소실로 공급되는 흡기가 흐르는 흡기 유로;
상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 일정 시간 시차를 두고 배출되도록 복수의 배기 유로를 포함하는 분리된 배기계;
상기 복수의 배기 유로 중 어느 하나의 배기 유로에 구비되는 터빈, 상기 흡기 유로에 구비되고 상기 컴프레서와 연동하여 회전하는 컴프레서, 상기 컴프레서의 회전력을 보조하는 전동 모터를 포함하는 전동식 터보차저;
를 포함하는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
an engine including a plurality of combustion chambers for generating power by combustion of fuel;
an intake passage through which intake air supplied to the combustion chamber flows;
a separate exhaust system including a plurality of exhaust passages so that the exhaust gas discharged from the combustion chamber is discharged with a predetermined time difference;
an electric turbocharger including a turbine provided in one of the exhaust passages among the plurality of exhaust passages, a compressor provided in the intake passage and rotating in conjunction with the compressor, and an electric motor assisting the rotational force of the compressor;
An engine system comprising a separate exhaust system comprising:
제1항에 있어서,
상기 분리된 배기계는
상기 연소실에 구비되는 한 쌍의 배기 밸브 중 어느 하나의 배기 밸브와 연결되는 블로우 다운 유로;
상기 블로우 다운 유로에 설치되는 블로우 다운 밸브;
상기 연소실에 구비되는 한 쌍의 배기 밸브 중 다른 하나의 배기 밸브와 연결되는 스캐빈징 유로;
상기 스캐빈징 유로에 설치되는 스캐빈징 밸브;
를 포함하는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
According to claim 1,
The separated exhaust system
a blow-down passage connected to any one of a pair of exhaust valves provided in the combustion chamber;
a blow-down valve installed in the blow-down flow path;
a scavenging flow path connected to the other exhaust valve among a pair of exhaust valves provided in the combustion chamber;
a scavenging valve installed in the scavenging flow path;
An engine system comprising a separate exhaust system comprising:
제2항에 있어서,
상기 블로우 다운 밸브의 개폐 시기는 상기 스캐빈징 밸브의 개폐 시기보다 빠른 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
3. The method of claim 2,
and an opening/closing timing of the blow-down valve is earlier than an opening/closing timing of the scavenging valve.
제2항에 있어서,
상기 블로우 다운 유로에서 분기하여 상기 흡기 유로로 합류하는 재순환 유로,
상기 재순환 유로에 설치되는 재순환 쿨러, 및
상기 재순환 유로에 설치되는 재순환 밸브,
를 포함하는 배기 가스 재순환 장치;
를 더 포함하는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
3. The method of claim 2,
a recirculation passage branching from the blow-down passage and joining the intake passage;
A recirculation cooler installed in the recirculation passage, and
A recirculation valve installed in the recirculation passage,
Exhaust gas recirculation device comprising;
An engine system comprising a separate exhaust system further comprising a.
제4항에 있어서,
상기 재순환 유로는 상기 블로우 다운 유로에 설치되는 상기 블로우 다운 밸브의 하류에서 분기하는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
5. The method of claim 4,
and the recirculation passage includes a separate exhaust system branching downstream of the blow-down valve installed in the blow-down passage.
제1항에 있어서,
상기 전동 모터는
중속 중부하 영역에서 발전기로 동작하여 배기 가스에 의해 회전하는 상기 터빈의 회전력을 전기 에너지로 생성하는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
According to claim 1,
The electric motor is
An engine system comprising a separate exhaust system that operates as a generator in a medium-speed and heavy-duty region to generate electrical energy by generating rotational force of the turbine rotated by exhaust gas.
제2항에 있어서,
상기 전동식 터보차저의 상기 터빈은 상기 블로우 다운 밸브 하류의 상기 블로우 다운 유로에 설치되는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템
3. The method of claim 2,
The turbine of the electric turbocharger includes a separate exhaust system installed in the blowdown flow path downstream of the blowdown valve.
제2항에 있어서,
상기 블로우 다운 유로와 상기 스캐빈징 유로는 메인 배기 유로로 합류하고,
상기 메인 배기 유로에는 촉매 컨버터가 구비되는 분리된 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
3. The method of claim 2,
The blow-down flow path and the scavenging flow path join as a main exhaust flow path,
and a separate exhaust system provided with a catalytic converter in the main exhaust passage.
제8항에 있어서,
상기 터빈 상류의 상기 블로우 다운 유로에서 분기하여 상기 터빈 하류의 상기 메인 배기 유로로 합류하는 바이패스 유로; 및
상기 바이패스 유로에 구비되는 바이패스 밸브;
를 더 포함하는 배기계를 포함하는 엔진 시스템.
9. The method of claim 8,
a bypass passage branching from the blowdown passage upstream of the turbine and joining the main exhaust passage downstream of the turbine; and
a bypass valve provided in the bypass passage;
An engine system comprising an exhaust system further comprising a.
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